[發(fā)明專利]一種基于導(dǎo)電凝膠的GaN基HEMT傳感器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111933706B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊紫琪;盧星;陳榮盛
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/423;G01N27/414
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發(fā)明公開了一種基于導(dǎo)電凝膠的GaN基HEMT傳感器及其制備方法。本發(fā)明的GaN基HEMT傳感器包括由下而上依次設(shè)置的襯底、AlN成核層、AlGaN漸變層或AlN/GaN超晶格緩沖層、GaN:C高阻層、GaN溝道層、AlN隔離層、非摻雜Al_0.24Ga_0.76N勢壘層和帽層，還包括設(shè)置在帽層上的源極、柵極和漏極；所述柵極由導(dǎo)電凝膠制成。本發(fā)明的GaN基HEMT傳感器中的柵極由導(dǎo)電凝膠制成，和傳統(tǒng)的GaN基HEMT傳感器相比，靈敏度更高、成本更低、制備工藝更加簡單，可以極大地擴(kuò)展HEMT傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于導(dǎo)電凝膠的GaN基HEMT傳感器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)，而半導(dǎo)體材料是傳感器中的關(guān)鍵材料。隨著科技的高速發(fā)展，人們對半導(dǎo)體器件的性能要求也越來越高。GaN基材料是寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，具有抗高溫、抗輻射、耐腐蝕、耐壓、禁帶寬度大、高飽和電子遷移率、臨界擊穿場強(qiáng)高、熱導(dǎo)率高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，可以用于制作高溫、高頻及大功率電子器件。

高電子遷移率晶體管(HEMT)是場效應(yīng)晶體管的一種，其使用兩種具有不同能隙的材料形成異質(zhì)結(jié)，為載流子提供溝道。GaN基HEMT傳感器是常見的GaN傳感器之一，具有AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，該異質(zhì)結(jié)的導(dǎo)帶偏移大，且具有很強(qiáng)的自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)，即使不進(jìn)行摻雜也可以形成高濃度的二維電子氣(2DEG)。在GaN基HEMT傳感器中，2DEG的濃度除了會受到柵極電壓的控制外，還易受到表面態(tài)的影響而改變，所以GaN基HEMT傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、適用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，近些年來成為了探測器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

HEMT傳感器按照柵極來劃分主要有無柵、金屬柵、生物分子膜等。無柵是指直接使用GaN帽層作為柵極，同過對柵極區(qū)域進(jìn)行表面處理實(shí)現(xiàn)對特定分子、離子進(jìn)行反應(yīng)從而影響導(dǎo)電溝道，表面處理的步驟復(fù)雜，反應(yīng)時間漫長；金屬柵是指在帽層上鍍合金作為柵極，主要使用Au、Pt、Pd等貴重金屬以及具有催化作用的金屬材料，不僅成本高昂，而且在潮濕環(huán)境或水存在時，敏感度會顯著下降，此外，某些金屬在200℃以上的環(huán)境中相位會發(fā)生變化，導(dǎo)致器件性能嚴(yán)重受損；生物分子膜是指在金屬或氧化物門電極的基礎(chǔ)上固定識別原件制成生物分子膜門電極，不僅器件的制備、封裝以及測試難度高，同時制作成本高。

因此，亟需開發(fā)一種靈敏度高、制備簡單、成本低廉的GaN基HEMT傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于導(dǎo)電凝膠的GaN基HEMT傳感器。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于導(dǎo)電凝膠的GaN基HEMT傳感器的制備方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于導(dǎo)電凝膠的GaN基HEMT傳感器，包括由下而上依次設(shè)置的襯底、AlN成核層、AlGaN漸變層或AlN/GaN超晶格緩沖層、GaN:C高阻層、GaN溝道層、AlN隔離層、非摻雜Al_0.24Ga_0.76N勢壘層和帽層，還包括設(shè)置在帽層上的源極、柵極和漏極；所述柵極由導(dǎo)電凝膠制成。

優(yōu)選的，所述襯底的材質(zhì)為Si、SiC、GaN、藍(lán)寶石或金剛石。

優(yōu)選的，所述AlN/GaN超晶格緩沖層中Al的梯度變化范圍為0～100％。

優(yōu)選的，所述GaN:C高阻層中C的摻雜濃度為5×10¹⁷～1.2×10¹⁹cm^-3。

優(yōu)選的，所述帽層的材質(zhì)為GaN、AlN或Si₃N₄。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)電凝膠由單體、膠凝劑、電解質(zhì)、引發(fā)劑、交聯(lián)劑和溶劑制備而成。